Испытание свай, определение глубины свай

Испытание свай, определение глубины свай

Испытание свай, определение глубины свай.

Построить дом на «слабых» грунтах без ущерба для соседних зданий возможно только на свайных фундаментах, опирающихся на прочные подстилающие грунты. 

Прибор диагностики свай ПДС-МГ4
Рис 1. Прибор диагностики свай ПДС-МГ4

Санкт-Петербург — город, построенный в чрезвычайно неблагоприятных грунтовых условиях. Очертание исторического центра города удивительным образом совпадает с территорией распространения «слабых» (в строительном отношении) глинистых грунтов — одних из самых коварных геологических отложений.

Еще 10-15 лет назад в фундаментостроении в нашем городе использовались технологии забивки или вдавливания готовых свай заводского изготовления.

В последние годы распространение получили различные технологии изготовления свай в грунте (буровые сваи). Для этих новых технологий особую актуальность имеет вопрос качества их изготовления.

Как показывает опыт десятилетней работы,обеспечить надежность свайного фундамента оказывается возможным только при условии непрерывного сопровождающего контроля (мониторинга) за всеми стадиями процесса изготовления свай.

Чем эффективнее технологии, тем строже должен быть надзор за соблюдением требуемых режимов работы. Высокая технология требует, как известно, должного отношения и уровня квалификации. Самая совершенная технология, бесконтрольно отданная на откуп буровику, может привести к колоссальным потерям — разрушению соседних зданий. Свидетельство тому — дома на Невском проспекте вокруг гостиницы «Невский палас», стыдливо прикрытые нарисованными фасадами

Мониторинг

Вид дисплея прибора ПДС-МГ4 в режиме измерений
Рис 2. Вид дисплея прибора ПДС-МГ4 в режиме измерений

В целях снижения количества аварийных объектов в городском строительстве, прежде всего, необходимы пооперационный контроль изготовления свай, в ходе которого должны отслеживаться все щадящие технологические параметры режимов проходки скважины и бетонирования ствола сваи. Одновременно должен осуществляться контроль за параметрами колебаний грунта и фундаментов соседних зданий. Такой контроль позволяет уберечь историческую застройку от разрушительного влияния нового строительства.

Еще одной составляющей мониторинга является геологический контроль грунта на забое скважины. Проведение такого контроля даст гарантии наличия надежного основания под пятой свай.

Неотъемлемой частью мониторинга является также контроль качества применяемых материалов — арматурных каркасов. Контроль качества бетона должен начинаться на заводе-изготовителе при отгрузке бетона и завершаться отбором образцов из готовых свай.

И, наконец, этапом, подводящим итог мониторинга, является тестирование свай на сплошность ствола сваи.

Для проведения контроля сплошности ствола в мировой практике широко применяются низкодеформационные динамические испытания свай при помощи прибора диагностики свай ПДС-МГ4 (рис 1).  Испытания свай позволяют проверить однородность изготовления свай и выявить скрытые дефекты (трещины в забивных сваях, а также «шейки» и включения грунта в буронабивных, буроинъекционных и струйных сваях).

Сущность данной методики заключается в следующем: по голове сваи ударяют ручным молотком, который посылает вниз по поверхности сваи сжимающую волну. Неоднородности в теле сваи и длина сваи фиксируются восходящими волнами. Чувствительный акселерометр, установленный на верхнем обрезе, измеряет перемещение головы сваи, вызванной волной напряжений от удара молотком и последующими отражениями. Результаты испытаний сваи фиксируются и сохраняются для последующего отчета в компьютере. Прибор диагностики свай ПДС-МГ4 позволяет точно определить длину для неповрежденной сваи.

В числе преимуществ прибора диагностики свай ПДС-МГ4 можно выделить тот факт, что он позволяет: быстро получать информацию по состоянию свай; находить дефекты любой доступной сваи, устанавливать фактическую длину сваи до 60 м, привносить минимальное вмешательство в деятельность подрядчиков по стройплощадке. Представляется необходимым проводить проверку этим методом как минимум 10% забивных и 20% буровых, буроинъекционных и особенно свай, изготовленных с использованием струйной технологии.

Проведение комплексного мониторинга позволяет обеспечить надежность основания капитальных зданий и их безаварийную эксплуатацию в любых по степени сложности грунтах.

Наименование характеристикПДС-МГ4
Количество измерительных каналов2
Рабочая полоса частот, Гц10 - 8000
Частота дискретизации, кГц62,5
Число отсчетов при измерении2048 - 16384
Динамический диапазон, дБот 0 до 60
Регулируемый усилитель, дБот 0 до 26
Габаритные размеры, мм240×200×110
Масса прибор, не более, кг3
Также читайте:

Толщиномеры | Ультразвуковой контроль | Неразрушающего контроля бетона

Строительство начинается с грунтов

Строительство начинается с грунтов

Один из специалистов-геотехников провозгласил: строительство начинается с фундаментов. Возразим: проектирование и строительство начинаются с грунтов. Это они, грунты, влияют на выбор типа фундаментов и технологию ведения работ нулевого цикла, а в целом — на экономику строительства. Недостаточно обоснованно принимаемые решения неизбежно приводят к широкому спектру последствий — от неоправданно завышенных затрат на фундаменты и, наоборот, до появления недопустимых осадок, кренов, вплоть до аварийных ситуаций с неменьшими затратами. Нет смысла останавливаться на примерах — буквально все специалисты знают особо громкие случаи наперечет.

Сооружения могут быть типовыми, но, построенные на разных площадках, они будут отличаться фундаментами. Строительство каждого сооружения сопровождается своими особенностями, связанными с грунтами, распространяться о которых не принято, за редким исключением, когда не обсуждать становится уже невозможным и возникает желание списать огрехи на грунты. Тогда появляются высказывания типа «студень петербургских грунтов», «такие непредсказуемые и непознаваемые грунты», «крутой характер питерских грунтов», а то и — «тут же грунтов нет». Иначе — инженерно-геологические изыскания были проведены, но проведены на низком уровне, механические свойства грунтов то ли не изучались, то ли изучались плохо, проектировщики и геотехники, сами не способные оценить правильность и надежность представленных материалов, им поверили, что и привело к тяжелым последствиям. На слабую работу изыскателей сетуют геотехники, хотя выполняемые ими изыскания по большому ряду причин не могут относиться к совершенным и достойным подражания. Но геотехники претендуют на проведение уникальных расчетов сооружений, необоснованность претензий которых легко доказывается: без правильно и надежно определенных исходных данных расчеты не могут быть иными, как неверными, превращаясь в упражнение в арифметике. Геофизики же утверждают, что изыскания выродились (словно они в инженерной геологии понимают больше и знают, на каком уровне изыскания были раньше) и можно жалеть инженеров-геологов, занимающихся ненужной работой.

Как-то оказалось не принятым обращать внимание на то, что отрицательную оценку работы инженеров-геологов порой дают специалисты, по уровню профессиональной подготовки не имеющие права на это, по своим знаниям не превосходящие уровень высококвалифицированных инженеров-геологов. Как само собой разумеющееся, предполагается, что в инженерной геологии, и прежде всего в грунтах, разбирается всякий, имеющий какое-либо отношение к грунтам. Как следствие, заказчик в техническом задании на изыскания перечисляет нормативные документы, требования которых следует соблюсти, характеристики грунтов (от влажности и далее), которые необходимо определить, а геотехники пишут рекламации на отчеты по изысканиям (представьте, что отправившись к врачу, вы составили ему инструкцию на лечение) Таково отношение к инженерногеологическим изысканиям и инжене- рам-геологам. Им уготовлена роль Золушки, их мнение после выпуска отчета никому не интересно: «разберемся без вас».

Инженерно-геологические организации, отстраненные от влияния на принятие проектных решений по фундаментам, оказались лишенными ответственности за качество материалов выпускаемых изысканий. У большинства организаций оно действительно низкое. Госэкспертиза дает предвзятую оценку материалам изысканий — лишь на соответствие требованиям нормативных документов, исключая обязательную проверку качества и достоверности, на что Госэкспертиза, без сомнения, при нынешнем положении дел и не способна. Как следствие, не удивительны аварии с сооружениями, в обязательном порядке прошедшими экспертизу. Много надежд возлагалось на СРО. Однако год существования этого объединения никоим образом не повлиял на качество изысканий ни отдельной организации, ни всех ее членов.

Вырисовывается довольно мрачная картина состояния инженерно-геологических изысканий. Отсюда недалек вывод о том, что проектируем и строим не на глубоком знании и научной основе, а скорее на интуитивном или очевидном опыте, всегда сопровождаемом ошибками, приводящими к тем или иным последствиям, что постоянно и наблюдается. С переходом на строительство сооружений повышенного уровня ответственности опасность принятия необоснованных, чреватых авариями, решений будет возрастать.

И вновь повторим, что плохо проведенные изыскания заведомо означают всегда неверно выполненные расчеты оснований и фундаментов.

В поисках правильных ответов на проблемы изысканий должны быть в равной степени заинтересованы ныне разобщенные, часто не понимающие друг друга инженеры-геологи, геотехники, проектировщики, строители, эксперты.

Можно утверждать, что разобщенность и непонимание сознательно поддерживаются всеми сторонами, так как позволяют бесконфликтно существовать в границах занимаемых ниш, не раскрывая свой уровень профессионализма. Неслучайно остались незамеченными наши публикации последних лет о механических свойствах грунтов и о низком уровне экспертизы. Полагаем, что если было бы что сказать в ответ, сказали бы непременно Но ведь проще смолчать, понимая, что все будет не в пользу выступающих.

И все-таки надо выступать. Надо обсуждать явную проблему. Надо писать статьи, выражая свое мнение, что и сделано в данном материале.

Итак, при проведении инженерногеологических изысканий возникает множество проблем как субъективного, так и объективного характера.

Проблемы субъективного характера. Изыскания — многоступенчатый процесс со многими исполнителями, имеющими дело со сложнейшей средой, какой являются грунты, неоднородные в разрезе по генезису, составу, состоянию, мощности и простиранию. Инженер-геолог составляет программу изысканий, соответствующую представлениям о разрезе и удовлетворяющую заказчика и требованиям нормативных документов. Буровая бригада, проявляя мастерство и совесть, вне зависимости от погоды и душевного состояния, непредсказуемости разреза, должна применить нужную технологию бурения и отбора монолитов, выделить границы слоев, произвести наблюдения и описание, сберечь и передать грунты и грунтовые воды в лабораторию. Лаборатория, несмотря на рутинность повседневной работы, обилие объектов, ограниченные сроки и обладая собственным опытом исследований, определяет физико-механические свойства грунтов и коррозионную активность грунтовых вод. Инженер- геолог сводит материалы всех исполнителей, обнаруживает и устраняет, сообразуясь с опытом и знаниями, несоответствия в фактах, готовит отчет, пытаясь предвосхитить замечания экспертизы, избежать которые, как правило, не удается, так как они просто обязаны быть.

Нетрудно представить, что любой самый малый сбой на каждом из этапов проведения изысканий сказывается на качестве изысканий. Как следствие, материалы изысканий, проведенных одной организацией в разные года или разными организациями на одной территории, могут существенно отличаться, особенно в оценке механических свойств грунтов.

Проблемы объективного характера. Нормативные документы (СП и ГОСТы) нуждаются в дополнительных разъяснениях, так как многие положения противоречивы, неоднозначны, а то и не принимаются разумом. Вот некоторые из них:

  1. Срок действия, иначе пригодности, материалов изысканий до начала проектирования — не более 2-3 лет (п. 5.2 СП 11-105-97). Но хотя интерпретация этого условия должна быть иной, экспертиза понимает его только так, чем создает большие жизненные сложности проектировщику и заказчику;
  2. Глубина бурения скважин при плитном фундаменте должна быть не менее 20 м (п. 8.6 СП 11-105-97). Но представим давление на плиту 3 и 30 т/м2, глубина бурения одинакова — 20 м и не зависит от грунтов основания, будь то слабые грунты или кембрийские глины;
  3. Глубина бурения скважин при свайно-плитном фундаменте должна превышать предполагаемую глубину погружения свай не менее чем на 15 м(п. 5.12 СП 50-102-2003). Ниже острия несущего слоя должно оставаться не менее 1,5 м (п. 12.5.ТСН 50-302-2004). Количество определений физико-механических свойств грунтов ограничивается числом, достаточным для статистической обработки, т. е.6-10 (п. 5.13 СП 50-102- 2003). Но, как видим, не ясно, зачем бурить на 15 м, если требуется опорный слой 1,5 м, и нет сомнений, что и ниже этих 1,5 м будет находиться грунт. Отсутствие требования по обязательному опробованию по глубине в пределах 15 м подводит к мысли: нужно ли бурить — проще нарисовать;
  4. Расстояние между скважинами для объектов I уровня ответственности и III категории сложности инженерно-геологических условий не должно превышать 25-20 м (п. 8.4 СП 11 — 105-97). Но представим в качестве опорного слоя для свай под высокую нагрузку протерозойские глины, бурение по которым предстоит на глубину 20-50 м. Что даст бурение через 20 м? Ничего, кроме «дырок» и желания слукавить.

Это немногие примеры несовершенства требований нормативных документов, за которыми часто стоят ненужные моральные, материальные и временные затраты.

Однако главной и основополагающей проблемой инженерной геологии и механики грунтов остается проблема механических свойств грунтов, положение с определением которых еще в 1973 г. на Международном конгрессе признано критическим. С той поры оно не изменилось, скорее, наоборот, закрепилось, а порочные взгляды получили дальнейшее признание и развитие. Официально характеристиками деформируемости и прочности являются модуль деформации, угол внутреннего трения и сцепление.

Модуль деформации, как в законе Гука, связывает линейной зависимостью напряжения и деформации грунта данного состояния. Как-то случилось, что для определения модуля деформации стали применять компрессионные испытания, до тех пор проводившиеся из любопытства для изучения поведения грунта под нагрузками (даже не конкретными от веса сооружения с учетом рассеяния напряжений с глубиной). Уплотнение ступенями доводится, к примеру, до 6 кг/см2, ступенями производится разгрузка. Строится зависимость между давлениями уплотнения и новыми состояниями грунта (в виде коэффициента пористости, а можно было — в виде плотности). Понятно, что каждая точка компрессионной кривой соответствует другому состоянию, отличному от исходного. Но как-то принято наклон кривой в том или ином диапазоне давлений связать с модулем деформации грунта исходного состояния, вводя поправки в 2-6-й, а то и в 10-й раз, без какой-либо уверенности в том, что получили что-то близкое к штамповому модулю. Компрессионные испытания не предназначены для определения модуля деформации грунта исходного состояния, но по недоразумению продолжают использоваться. Надо признать, что иной метод лабораторного определения модуля деформации отсутствует.

Аналогичная ситуация сложилась с прочностными свойствами. Два метода используются для определения прочностных свойств грунтов — сдвиговые и 3-осные (стабилометрические) испытания. Это методы с двумя внешними усилиями. До начала испытания к образцу грунта необходимо приложить нормальное (или боковое) давление, а значит — задуматься, каким оно должно быть. Вот этого и не произошло. На заре становления механики грунтов (20-е годы 20-го века) восторжествовали взгляды, необъяснимые со здравой точки зрения, по которым каждый из трех образцов грунта исходного состояния, подготовленных к сдвиговым испытаниям, уплотнялся и сдвигался (медленно) под своим давлением.

Методика получила название консо- лидированно-дренированного (КД) испытания. Эта методика стала единственной официальной методикой (ГОСТ 12248-66), просуществовавшей до 1978 г. и остающейся одной из основных в настоящее время (ГОСТ 12248-2010). По мнению приверженцев методики КД, методика отражает работу грунта в стабилизированном состоянии. Найдется кто-нибудь, способный объяснить, что это за состояние? Как оно возникает в слоях разреза? Почему не зависит от давления от веса сооружения с учетом рассеяния? Почему образцы грунта уплотняются разными давлениями, иначе — испытываются три разных по состоянию грунта, ничего общего не имеющие с грунтом исходного состояния, для которого, собственно, и задумано определение прочностных свойств? Не надо обманывать себя и других: получаемые параметры, являясь результирующими к ряду состояний грунта единого гранулометрического состава, не могут называться углом внутреннего трения и сцеплением, методика КД не может проявиться в природе, она абсурдна, так как бездоказательна и не имеет права на существование.

За десятилетия«торжества» методики КД ее сторонники имели возможность утвердиться или усомниться в своих взглядах бурением скважин в пределах пятна после постройки здания. А можно было простейшим расчетом и наблюдениями показать, что осадки от гипотетического уплотнения всей толщи грунтов должны во много раз превышать предельные, что означало бы, что воспользоваться параметрами методики КД все равно не удастся.

Был период, когда из-за неудовлетворенности методикой КД предлагались без должного обоснования самые разные методики сдвиговых испытаний, собранные из способа подготовки образцов грунтов к испытанию, способа и времени проведения испытания. Понятно, что каждая методика приводила к своим результатам, что послужило основанием ко всеобщему выводу о том, что прочностные свойства грунтов не имеют физического смысла. Многим мысль и по настоящее время кажется удобной — прочностные свойства грунтов непознаваемы, «вещь в себе», зависят от условий работы в основании сооружения, какими они должны быть никто не знает и знать не может. Отсюда напрашивается вывод: в отчетах приводите любые, самые нелепые значения прочностных свойств, никто (ни проектировщик, ни эксперт) не возразит, не осудит. Что и наблюдается в отчетах по материалам инженерно-геологических изысканий. Не найдется организации, приводящей обоснованно «выстраданные» значения прочностных свойств грунтов. В качестве примера нами многократно упоминались два источника с равными значениями угла внутреннего трения и сцепления для протерозойских глин и торфов. А ведь это свидетельство глубочайшего кризиса инженерной геологии и механики грунтов с равнодушно взирающими специалистами, не желающими или не умеющими исправить положение с прочностными свойствами грунтов.

Положение в лучшую сторону не изменилось с изложением в последующих за ГОСТ 12248-66 методики неконсолидированно-недренированного (НН) сдвигового испытания, методик неконсолидированно-недренированного (НН), консолидированно-недренированного (КН) и консолидированно-дренированного (КД) 3-осных (стабилометрических) испытаний.

Разумных разъяснений, что означает, когда должна применяться каждая из методик, не найти. Отношение к методике КД определено — это большая ошибка. Методика НН распространяется на грунты с показателем текучести свыше 0,5 и относится к грунтам в нестабилизированном состоянии. Кому-то ясно, что это за нестабилизи- рованное состояние? Почему грунты и без того твердой консистенции требуют испытывать с предварительным уплотнением разными нагрузками? Может быть, методика НН ближе характеризует прочность грунта исходного состояния? Ясного ответа нет, но что- то тревожное, опасное, а потому недопустимое заложено в самом определении — «нестабилизированное состояние». Методика НН не может характеризовать естественное сложение грунта, потому что жестко заданы давления, всегда способные привести к изменению исходного состояния грунта. Как следствие, методика НН, за редким исключением, дает результаты, не относящиеся к грунту исходного состояния.

Нет необходимости останавливаться на методиках 3-осных испытаний, они также не обоснованы, если не менее, чем методики сдвиговых испытаний. Для сравнения обратим внимание на то, что результаты сдвиговых испытаний по методике НН подводят к определению угла внутреннего трения и сцепления, тогда как результатом 3-осных испытаний по той же методике является определение сопротивления недренированному сдвигу (как если бы угол внутреннего трения равен нулю).

Такова безрадостная картина, тем не менее,признанная классикой, с определением механических (деформативных и прочностных) свойств глинистых грунтов. Не станем касаться проблемы определения механических свойств песчаных грунтов, она также существует и далека от решения. Сегодня механические свойства песков не определяются, а назначаются на сомнительной основе, поэтому нуждаются в изучении заново. Не станем касаться проблемы определения несущей способности свай, она находится в удручающем состоянии. Пробные испытания свай лишь в 1 случае из 100 подтверждают требуемую нагрузку на сваю, а точность расчета по основной формуле СП составляет ±2-6 раз.

Предвидим возражения: строительство зданий и сооружений, в т. ч. уникальных, ведется успешно на существующей нормативной базе, аварийные ситуации возникают лишь изредка, выполняются самые совершенные расчеты с привлечением передового зарубежного опыта, наконец, отрицая практически все предшествующие взгляды на определение механических свойств грунтов. Тогда взамен этого отрицания, что же у нас есть?

Вновь отвечаем. Сейчас мы строим на очевидной или интуитивной основе, вопреки нормативным документам, расчетам не доверяем, с опасением ожидаем осадок, кренов и деформаций, часто принимаем меры по пересмотру решений и по усилению фундаментов, (что приводит к увеличению материальных и временных затрат), не способны дать нужного объяснения в случае возникновения аварийной ситуации и т. д. Появились новые методы расчета оснований (старые не устраивают), требующие несовместимых характеристик грунтов, взятых из компрессионных испытаний по ветвям загрузки и разгрузки, КД сдвигового и 3-осного испытаний, НН 3-осного испытания. То есть все в свалено в одну кучу. Утверждают, что иначе метод расчета не работает, хотя вывод должен быть иным — методика неверна и не может применяться. Но расчеты нужны, их требуют, и они ведутся, при том, что расхождения между расчетами и наблюдениями, как правило, бывают значительными. Всегда найдется объяснение: грунт есть грунт, он же непредсказуем.

Итак, компрессионные испытания в современной интерпретации недопустимо применять для определения модуля деформации грунтов. Здесь выход — в проведении компрессионного испытания одним первым давлением. Либо надо вернуться к проведению лабораторных испытаний малым штампом.

Существующие методы определения прочностных свойств грунтов не отражают работу грунтов в основании сооружения, не характеризуют грунты естественного сложения, стали причиной стойкого взгляда на прочностные свойства как лишенные физического смысла, что породило безответственное отношение к изысканиям.

Надо научиться определять прочностные свойства грунтов исходного состояния (естественную прочность)и максимально использовать несущую способность грунта естественного сложения. Большее давление грунт не позволит передать на него, последуют осадки и разрушение. Хотите больше — изменяйте состояние грунта, иными словами, делайте другой грунт. С поверхности такое возможно, на глубине — нет.

Методика проведения сдвиговых и 3-осных испытаний для определения прочностных свойств грунтов исходного состояния неоднократно излагалась в наших публикациях. Смысл методики — в проведении испытаний в диапазоне давлений (нормальных или боковых), зависимом от исходного состояния грунта. Выбору диапазона способствует проведение пенетрационных испытаний для грунтов всех состояний, одноосного сжатия для твердых грунтов и опыт. Применение комплекса методов значительно повышает достоверность и надежность определения угла внутреннего трения и сцепления, обретающих наконец-то физический смысл.

Признаемся, что последователей наших взглядов, как и противников, не нашлось. Никто не заявил о себе. Вновь призываем всех сознающих, хотя бы частично, что что-то не правильно в инженерных изысканиях и расчетах оснований, всех заинтересованных в изменении положения — инженеров- геологов, геотехников, проектировщиков фундаментов, руководителей строительных организаций — объединить усилия, честно признать, что проблема существует, высказать свое мнение. Иначе проблему не решить. Положение с определением механических свойств грунтов критическое, торжествует абсурд. Сегодня все, что происходит с определением механическими свойствами грунтов, напоминает сюжет сказки о голом короле.

Е. Н. Богданов, к. т. н.

Список литературы:

  1. Богданов Е. Н. О несовершенстве инженерногеологических изысканий, нормативной и расчетной базы для проектирования сооружений повышенного уровня ответственности. — Тезисы межрегиональной конференции «Особенности инженерно-геологических изысканий и определения физико-механических свойств грунтов для проектирования зданий и сооружений повышенного уровня ответственности». С.-Петербург, 2008, с. 51-54.
  2. Богданов Е. Н. К изучению механических свойств грунтов. — Тезисы межрегиональной конференции «Особенности инженерно-геологических изысканий и определения физико-механических свойств грунтов для проектирования зданий и сооружений повышенного уровня ответственности». С.-Петербург, 2008, с. 96-102.
  3. Богданов Е. Н. Риск, незнание или безответственность? Определение механических свойств грунтов, непосредственно влияющих на качество строительства, находится на низком уровне.- Строительство и городское хозяйство, С.- Петербург, 2007. № 95. с. 83-84.
  4. Богданов Е. Н. Механические свойства грунтов. Знаем? Скорее нет. — Строительство и городское хозяйство, С. — Петербург, 2007. № 97. с. 64-65.

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей